氧氣是維持生命的必需品，藉由呼吸系統進入血液，再與血液紅細胞中的血紅蛋白(Hb)，結合成氧合血紅蛋白(HbO2)，之後透過心血管系統運送到人體的各個組織細胞中。血氧飽和度(SPO2)是指血液中氧合血紅蛋白佔全部可結合的血紅蛋白的容量百分比，也稱為血氧濃度。正常的 SPO2介於99%-94%，低於90%稱為低氧血症，若數值太低可能會致命。由於血液是透過心臟反覆壓縮來傳遞，而這種壓縮會產生脈搏(pulse)，因此脈搏也會反應出人的生理狀態。換言之，SPO2及脈搏是一種生命及健康狀態的重要指標，此二指標的即時及長期監控在臨床救護及健康保健上，都十分非常重要。 本組開發的血氧及脈搏監測系統是採用非侵入式的指套式量測，只需將手指插入帶有光感測器的指套上即可量測。使用紅光(660 nm)和近紅外光(940 nm)兩道光作為光源，藉由量測其光穿透強度，再搭配演算法得出血氧飽和度。圖一為一量測及分析訊號的實例，由於脈搏震動會影響量測，因此量測到的光強度會隨著脈搏而變化，換言之，這個機台除了可量測血氧飽和度外，也可量測脈搏。這個機台除了可單獨量測外，也可將量測到的訊號傳送到電腦及手機，利用GUI及APP進行進一步的分析，系統架構如圖二所示。這套系統可以即時及長期監控血氧飽和度及脈搏，因此在臨床救護及健康保健上，均有很高的開發價值，同時這套系統的開法需同時兼具光電檢測技術、硬體、韌體、軟體、演算法、GUI、APP及生醫知識等多樣技術，才能開發成功。換言之，本團隊同時兼具這些技術，而這些技術可以進一步應用於開發各種新式的電子醫療設備。

1. 血氧及脈搏監測系統
之研發、設計與製作
組長:劉O毅
組員:呂O翰、王O賢、賴O宏、鄭O安、鄧O元
指導老師:何O吉、盧O智

2. 動機
 血氧濃度(SpO2)為血液中含氧血紅素占所有血紅素的比重，而脈搏
(Pulse)可反映出反應出心臟的跳動狀況。因此SpO2及脈搏是健康
及生命狀態的重要指標，此二指標的即時及長期監控在臨床救護及
健康保健上，都十分非常重要。
生命跡象監測
血氧及脈搏偵測
生理狀況監測
健康狀況監測

3. 情境圖
病患醫師
健康照顧平台
家庭
社區
血氧及脈搏監測
醫療平台
重症病患
醫院

4. 系統架構圖

5. 電路圖(Sensor Board)
光感測器
雙光源
插座 驅動IC

6. 電路圖(Main Board)

7. Main Board PCB
未焊接元件之PCB板 焊接元件之PCB板

8. 指套
LCD螢幕
OLED螢幕
主板
機構設計與製造
 主要結構:外殼、指套、螢幕(含LCD及OLED)及主板(含各種配件)。
 主板上的藍芽晶片，用於與手機溝通。
 主板上的UART，用於與電腦(GUI)溝通。
外殼

9. 研究方法
 購買市售血氧機，拆解並量測其訊號，配合閱讀文獻，
藉此設計出本組的血氧機。

10. 市售血氧機訊號量測
IR
Red
Output
IR Red
血氧
脈搏 紅光(660 nm)及紅外光(940 nm)兩種光源
 藉由邏輯分析儀量測量測光訊號
 光強度正比於量測頻率
 頻率會隨著脈搏變動
1 ms1 ms
9 ms
Background

11. 演算法
TSL237
光強度正比於頻率
 量測紅光與紅外光的強度隨時間的變化。
 利用線性回歸的方式，得出A及B。
R=
𝑹_𝑨𝑪 𝑹_𝑫𝑪
𝑰𝑹_𝑨𝑪 𝑰𝑹_𝑫𝑪
血氧飽和度係數
紅外光交流強度 紅外光直流強度
紅光交流強度
(波峰-波谷)
紅光直流強度
(波峰-波谷)
𝑺𝑷𝑶 𝟐 = 𝑨𝑹 + 𝑩血氧飽和度
常數 常數
DC
AC強度
由於脈搏震盪造成光訊號變化
可同時得到
血氧飽和度及脈搏

12. 實驗結果 (A及B參數量測)
SpO2=99
SpO2=85
方法: :量測正常及兩道光源均為IR之血氧
R=
𝑹_𝑨𝑪 𝑹_𝑫𝑪
𝑰𝑹_𝑨𝑪 𝑰𝑹_𝑫𝑪
Red
IR
R-Control
IR-Control
Red
IR
R-Control
IR-Control
×

13. 實驗結果 (A及B參數量測)
 由此計算出A=-29.8，B=116.42。
 利用計算之A及B值，推算另一名受測者之SpO2=98，偏離實際值99僅1%。
方法: :量測正常及兩道光源均為IR之血氧
𝑺𝑷𝑶 𝟐 = 𝑨𝑹 + 𝑩
SpO2=99
SpO2=85
Red
IR
R-Control
IR-Control
Red
IR
R-Control
IR-Control
×

14. 軟體開發環境
GUI: Python韌體: Keil μvison
Android APP: Android Studio IOS APP: Xcode SWIFT

15. GUI
濾波前 濾波後
 利用Python自行撰寫GUI介面程式。
 可紀錄及顯示偵測到的紅光(Red)、紅外光(IR) 、 血氧飽和度(SPO2)及
脈搏(Pulse)等因子隨時間之變化。
 可用於即時偵測與事後資料分析。
 可進行資料存取。
 可進行濾波，消除雜訊。

16. APP
ANDROID
IOS

17. 血氧及脈搏監測系統
硬體及機構
IOS及ANDROID APP
GUI

18. 實際量測

19. 任務分配
組員 劉志毅 呂明翰 王錦賢 賴怡宏 鄭復安 鄧丁元
任務
技術評估
演算法
軟體
報告
技術評估
硬體
韌體
技術評估
硬體
機構
技術評估
韌體
技術評估
軟體
技術評估
軟體
照片
 依據個人之專長分配任務。
 每位組員除本身的任務外，也協助其他成員共同完成任務。
 這套系統的開法需同時兼具光電檢測技術、硬體、韌體、軟體、演算法、
GUI、APP及生醫知識等多樣技術。
 這些技術可以進一步應用於開發各種新式的電子醫療設備。

20. 感謝您的聆聽
敬邀各位嘉賓蒞臨本組攤位
實際體驗